基于动车组3C 装置检测信息的非工作受电弓异常升弓状态分析*

杨志鹏，赵 隽，张文轩，苏 鹏，王 斌

（1 中国铁道科学研究院集团有限公司 基础设施检测研究所，北京 100081；2 中国国家铁路集团有限公司 铁路基础设施检测中心，北京 100081；3 中国铁路昆明局集团有限公司 工电部，昆明 650114）

1 检测原理及数据来源

动车组3C 装置主要由车顶测量模块、车内数据处理模块和无线数据传输等组成，在地面设置地面数据接收分析终端进行数据集中接收分析处理。典型3C 装置车顶测量模块如图1 所示。

图1 动车组3C 装置车顶测量模块

动车组3C 装置采用了立体视觉测量、图像识别、红外测温等测量技术，并运用神经网络、大数据分析等前沿技术进行数据处理，保障了检测监测数据的真实可靠。典型3C 装置预警数据如图2所示。

图2 动车组3C 装置典型预警数据

自2015 年，原中国铁路总公司组织供电专业装备现代化专项工作以来，已经建设覆盖全国铁路18 个铁路局集团公司共计203 套动车组3C 装置，动车组3C 装置的运用积累了海量的检测监测数据，为设备维修管理单位更加全面的掌握接触网状态提供了帮助，提高了接触网设备维修的针对性。

文中聚焦受电弓异常升降弓信息，对累积2 年的数据进行查询整理，共计整理900 余条预警数据信息，数据信息包括安装车辆编号、发生时间、受电弓编号、运行速度、发生位置等内容。

2 异常升降弓数据分析

受电弓是从接触网获取电能传输至动车组牵引变流系统的重要部件，在运行过程中要保证状态稳定。目前，我国拥有CRH 和谐号和CR 复兴号2 个 系 列 的 动 车 组 平 台［2］，8 编 组 动 车 组 有2 架 受电弓，运行中升起1 架受流工作；16 编组动车组有4 架受电弓，运行中升起2 架受流工作。按照动车组操作规程，运行中除遇到异物打弓、弓网故障等特殊情况，不进行受电弓更换。根据上述运用管理特点，对3C 装置记录的900 余条异常升降弓数据信息进行多角度分析如下：

2.1 运行速度特征

根据动车组运用相关规定“动车组列车在运行途中，因不明确原因需要更换受电弓运行时，司机应减速至200 km/h 以下更换”［3］，因 此 可以对发生异常升降弓时的速度进行统计分析，判断是人工操作因素或其他因素。速度统计如图3 所示。

图3 3C 装置受电弓异常升降弓信息速度分布图

由上图可以看出，异常升降弓情况发生在275～300 km/h 速度区段占比高，约为50%，不符合动车组运用要求，可判断为异常状态；异常升降弓情况发生在160 km/h 以下速度区段分布均匀，可判断为正常操作；其余情况零星分布，可判断为偶然因素。

2.2 车辆分布特征

截止2020 年4 月，动车组3C 装置安装了203辆，平台覆盖了14 个车型。为分析受电弓异常升降的情况，对发生的车辆进行统计分析，同时为了减少偶然因素，仅对发生次数大于10 次的车辆进行统计（合计541 次），如图4 所示。

湿陷性黄土地质、液化地质、软土等不良地质对管道埋深也有一定影响。但是，以往的设计工作者由于地质条件和水文资料不好把握，所以在设计时一般都忽略这些因素，这也是今后设计和施工单位需密切关注的一个工作重点。

图4 3C 装置受电弓异常升降弓信息车辆分布图

由上图可以看出CRH380A 型动车组的数据较为集中，为464 次，同时通过核对基础资料及图像信息，确认该车型发生异常降弓的受电弓均为DSA380 型。其中编号为CRH380A-***1 动车组的受电弓异常升降弓信息数量最为集中，达到312 次。

根据动车组运用相关规定，已知动车组高速运行中不进行受电弓切换，通过查看3C 装置全部图像数据，确认CRH380A-***1 上述312 次均为运行中的非工作受电弓。

2.3 发生位置特征

对CRH380A-***1 的312 次非工作受电弓异常升弓数据信息的发生位置进行统计分析，发现在隧道内为252 次，其余60 次位于隧道出入口。再次对CRH380A-***1 的312 次数据信息的速度进行统计分析，发现大于275 km/h 的速度为307 次，其余速度零散分布。该动车组受电弓在隧道内典型异常升降弓过程为进入隧道一段距离后非工作受电弓升起，与接触线触碰运行一段距离，此时动车组2 架受电弓升起；出隧道前非工作受电弓落下，恢复正常一架受电弓运行。且在不同隧道内存在升降弓反复过程，典型的升降弓过程连续图像如图5 所示。

图5 CRH380A-***1 受电弓异常升降弓过程图

通过上述数据分析，可以总结如下：CRH380 A-***1 动车组采用DSA380 型受电弓，运行速度大于275 km/h 时，在隧道或出入隧道口附近，容易发生非工作受电弓异常升弓情况。

2.4 安全性分析

当非工作受电弓异常升弓发生时，2 架受电弓同时升起，不利于受电弓—接触网系统安全运行，存在如下安全隐患：

（1）如遇到电分相、绝缘关节等接触网特殊位置时，双弓同时升起状态下容易发生短路跳闸等故障，影响牵引供电系统稳定性和动车组正常运行。

（2）非工作受电弓异常升起是因隧道内空气动力作用，无稳定升弓作用力，升弓状态不稳定，同时工作受电弓会引起接触线振动，抖动的接触线会击打非工作受电弓滑板，不利于安全运行。

（3）非工作受电弓异常升起后，因无稳定的接触力，电气上容易与接触线“虚接”引起燃弧，严重时烧蚀线索及滑板。

3 受电弓测试与调整

针对上述问题，供电专业与车辆专业及时启动了辆供联控机制，共享数据信息，利用动车组检修时间，进行受电弓检查。

3.1 落弓保持力测试

根据《GB∕T 21561.1-2018 轨道交通 机车车辆受电弓特性和试验第1 部分：干线机车车辆受电弓》［4］中对落弓保持力定义为“保持整个受电弓在落弓位置时弓头所受的垂直方向的力”，对该项目的要求为“落弓保持力可以由用户和制造商协商确定。”

采用弹簧秤提拉CRH380A-***1 动车组4 车、6 车受电弓，测量的落弓保持力为240 N 左右，与该型受电弓型式试验及出厂检验的数值基本一致。

3.2 受电弓控制气路检查

受电弓升弓控制装置提供可靠的压缩空气用于升弓和降弓［5］，动车组受电弓主要采用气囊式［6］。经动车所内升降弓检修测试，受电弓升弓、降弓时间正常，2 架受电弓升弓静态接触力分别为75、72 N，ADD 自动降弓功能均正常，气路接头无漏气现象。

3.3 受电弓安装状态

参考发明专利“高速受电弓防止飘弓的调整方 法”（申 请 公 布 号CN110315984A）［7］公 开 资 料，核对受电弓落弓状态下的水平度，可通过调整受电弓前端支撑绝缘子的安装垫片改变受电弓落弓下的角度。经动车段检修人员调整，原始04 受电弓连接杆距离车顶780 mm，06 受电弓连接杆距离车顶776 mm；调整后04 受电弓连接杆距离车顶772 mm，06 受电弓连接杆距离车顶770 mm，均改变了受电弓落弓角度。

调整后该车正常运行已30 余天，没有再发生异常升降弓问题，表明该调整方案合理有效。

4 小 结

通过动车组3C 装置海量检测监测信息分析，聚焦受电弓异常升降弓信息，通过运行速度、安装车型、发生位置等多维度信息分析，针对某一CHR380A 型动车组安装的DSA380 型受电弓运行中的非工作受电弓异常升弓现象进行了详细分析，结合动车组检修进行了检查维护，调整受电弓安装状态后，未发生受电弓异常升降弓现象。建议供电、车辆专业在日后工作中应深入分析各类检测监测信息，优化设备运用状态。